自適應(yīng)可調(diào)式水果采摘機械手的設(shè)計

韓朗煜

摘要：針對水果采摘存在的實際問題，設(shè)計了一種具有自適應(yīng)功能的可調(diào)式采摘機械手，該機械手的抓取范圍、夾持力等均可根據(jù)需要進行調(diào)整，在抓取范圍內(nèi)具有形狀自適應(yīng)性，適用性和通用性較強。

關(guān)鍵詞：水果采摘；機械手；可調(diào)；自適應(yīng)

我國是水果生產(chǎn)大國，各個地區(qū)果樹種植面積很大，在果實成熟期，采摘作業(yè)季節(jié)性強，時間緊張，采摘果實所耗費的勞動力占據(jù)整個生產(chǎn)過程的30%～50%。目前大部分水果依然采用傳統(tǒng)的人工采摘方式，高處的水果往往需要登梯子、爬樹等，勞動強度高，采摘效率低，還具有一定的危險性。本文設(shè)計了一種采摘機械手，其抓取范圍、夾持力等可調(diào)，將其安裝在伸縮桿上，就能夠形成一種便攜性好、操作方便、通用性強的水果采摘器，使得人站在地面就可以方便地摘下高處的水果，能夠有效提高水果采摘的效率和安全性。

1、機械手夾持范圍可調(diào)性的設(shè)計

1.1 可調(diào)式搖桿的設(shè)計

機械手的基本機構(gòu)原理如圖1所示，拉桿左右移動時，可通過連桿1和連桿2分別帶動搖桿1和搖桿2擺動，實現(xiàn)機械手的開合控制。將機械手兩個搖桿右端夾持部分的結(jié)構(gòu)做成是可調(diào)的3節(jié)結(jié)構(gòu)，其末端的兩節(jié)的長度設(shè)計成位置可調(diào)，機械手末端的開口度就可以改變，其最大夾持尺寸就能夠根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整。

1.2 可調(diào)式定位桿設(shè)計

在實際使用過程中，為了使不同尺寸的水果在機械手中都能夠被可靠抓住，應(yīng)當設(shè)置定位桿，根據(jù)水果的大小，將定位桿調(diào)整到合適的位置，在定位桿和搖桿末端的壓桿的作用下，就可以將水果牢牢抓住，如圖2所示。

2、機械手的自適應(yīng)性及夾持力調(diào)整的實現(xiàn)

根據(jù)機械手的基本機構(gòu)形式和可調(diào)節(jié)性的設(shè)計，機械手的結(jié)構(gòu)如圖3所示。機械手的剪刀式機構(gòu)做成完全相同的上下兩層，兩層之間通過機械手固定軸、連接軸和固定柱連接在一起。需要調(diào)節(jié)機械手的夾持范圍時，松開搖桿1、搖桿2上固定調(diào)節(jié)桿的螺釘定后，調(diào)整調(diào)節(jié)桿的伸縮長度，并可松開壓桿鎖緊塊側(cè)面的緊定螺釘，調(diào)整壓桿的伸縮長度。

在機械手固定軸上安裝一個支板固定塊，在支板固定塊的兩側(cè)用螺釘安裝固定塊支板，兩個固定塊支板之間用螺釘連接定位桿固定塊，在定位桿固定塊上安裝4個定位桿。固定塊支板中間為長槽，可以調(diào)整其前后位置，這樣定位桿的位置就可以前后調(diào)節(jié)。為了保證定位桿方向不變，在支板固定塊下方兩側(cè)安裝兩個定位板，在機械手固定板上的兩側(cè)安裝兩個連接塊，在定位板和連接塊上安裝支撐柱，在支撐柱上安裝連接板。

機械手利用舵機驅(qū)動，驅(qū)動軸固定盤通過舵盤與舵機主軸連接在一起，在驅(qū)動軸固定盤上安裝一個偏心軸，偏心軸上套一個套筒，套筒與驅(qū)動塊底部的槽相配合，當舵機轉(zhuǎn)動時，通過舵盤帶動驅(qū)動軸繞舵機軸轉(zhuǎn)動，帶動驅(qū)動塊運動。驅(qū)動塊向前運動時，通過拉塊推動連接軸，使機械手打開；驅(qū)動塊向后運動時通過彈簧作用于墊片和螺母，并通過拉桿帶動拉塊，由拉塊帶動連接軸，實現(xiàn)機械手的閉合。由于其閉合通過彈簧實現(xiàn)，一方面，通過調(diào)整彈簧的預(yù)壓量，可以調(diào)整夾持力的大小；另一方面，雖然驅(qū)動塊的運動范圍是一定的，但隨著被夾持水果大小不一樣，彈簧的壓縮量自動調(diào)整，自適應(yīng)于所夾持水果的大小。

3、機械手抓取范圍可調(diào)性試驗

如圖4所示，取兩個大小差異較大的蘋果，將機械手的調(diào)節(jié)桿、壓桿和定位桿進行適當調(diào)節(jié)后，就能夠分別可靠抓取尺寸差異明顯的兩個蘋果。

4、結(jié)論

本文設(shè)計了一種水果采摘機械手，其抓取范圍大小和夾持力可調(diào)，而且在抓取范圍內(nèi)可自適應(yīng)于不同大小的水果，適用性和通用性較強。

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